CN220751230U - 一种工况监测设备、系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种工况监测设备、系统，工况监测设备包括第一无线通信电路和主控模组，第一无线通信电路至少与用于采集目标设备运行时振动信号的第一传感器无线通信连接；主控模组包括第一无线通信接口和有线通信接口，第一无线通信接口与第一无线通信电路电连接，有线通信接口至少与用于采集目标设备运行时音频信号的第二传感器有线通信连接，且主控模组用于至少对振动信号和音频信号进行信号处理。上述方案，能够提升目标设备工况监测的实时性和可靠性。

Description

一种工况监测设备、系统

技术领域

本申请涉及工况监测领域，特别是涉及一种工况监测设备、系统。

背景技术

在工业场景中，对目标设备进行工况监测，从而辅助管理人员对目标设备进行合理维护，已经越来越受到关注。

目前，现有技术通常在工业现场布置多种传感器，并将其与边缘网关有线通信连接，边缘网关获取传感器对目标设备采集的数据信号，并转化为网络信号传输给上位机，进而管理人员在上位机根据网络信号进行工况监测。上述方式，对于网络环境较为严苛，一旦网络情况变差，从边缘网关至上位机的传输链路即可能发生严重延时，从而无法监测目标设备的实时工况，且难以确保工况监测的可靠性。

因此，如何提升目标设备工况监测的实时性和可靠性，成为亟待解决的问题。

实用新型内容

本申请主要解决的技术问题是提供一种工况监测设备、系统，能够提升目标设备工况监测的实时性和可靠性。

为了解决上述技术问题，本申请第一方面提供一种工况监测设备，包括第一无线通信电路和主控模组，第一无线通信电路至少与用于采集目标设备运行时振动信号的第一传感器无线通信连接；主控模组包括第一无线通信接口和有线通信接口，第一无线通信接口与第一无线通信电路电连接，有线通信接口至少与用于采集所述目标设备运行时音频信号的第二传感器有线通信连接，且主控模组用于至少对所述振动信号和所述音频信号进行信号处理。

因此，第一无线通信电路与用于采集目标设备运行时振动信号的第一传感器无线通信连接，主控模组的第一无线通信接口与第一无线通信电路电连接，主控模组的有线通信接口与用于采集目标设备运行时音频信号的第二传感器有线通信连接。故此，振动信号和音频信号分别通过第一无线通信电路与有线通信接口传输到主控模组，而无需依赖于边缘网关的信号中转，从而提升工况监测的实时性和可靠性。

其中，所述第一无线通信接口至少包括SPI接口；和/或，所述有线通信接口至少包括UART接口。

因此，第一无线通信接口至少包括用于数字信号处理器和数字信号解码器之间的SPI接口，能够直接接收数字信号简化信号处理流程，有线通信接口至少包括UART接口，能够与多种有线通信协议匹配，丰富通信场景。

其中，所述第一无线通信电路至少包括LoRa电路。

因此，得益于LoRa电路具有功耗低、抗干扰性强的特点，有利于进一步减小信号通信时延。

其中，所述主控模组包括数模转换电路、时频转换电路和信号处理电路，数模转换电路与所述有线通信接口电连接，用于至少对所述音频信号进行数模转换；时频转换电路与所述数模转换电路、所述第一无线通信接口分别电连接，用于至少对所述振动信号和经数模转换之后的音频信号转换为频域信号；信号处理电路与所述时频转换电路电连接，用于对所述频域信号进行处理，以确定所述目标设备的实时工况。

因此，数模转换电路对音频信号进行数模转换，时频转换电路对振动信号和经数模转换之后的音频信号转换为频域信号，信号处理电路最终对频域信号进行处理，能够提升信号处理的效率，减少信号处理电路的计算量。

其中，所述主控模组还包括信号滤波电路，连接于所述数模转换电路与所述时频转换电路之间、以及所述第一无线通信接口与所述时频转换电路之间，用于至少对所述振动信号和经数模转换之后的音频信号进行滤波降噪。

因此，通过信号滤波电路对振动信号与音频信号进行降噪预处理，能够提升信号处理的效率，减少信号处理电路的计算量。

其中，所述数模转换电路、所述时频转换电路和所述信号处理电路集成于同一芯片。

因此，将主控模组的数模转换电路、时频转换电路和信号处理电路集成于同一芯片，能够整体电路占据电路板的面积，降低电路板制作和生产成本。

其中，所述工况监测设备还包括第二无线通信电路，所述主控模组还包括第二无线通信接口，所述第二无线通信电路与所述第二无线通信接口电连接，所述第二无线通信电路至少用于与服务器无线通信连接，以向所述服务器上传所述目标设备的实时工况。

因此，第二无线通信电路与主控模组的第二无线通信接口电连接，第二无线通信电路至少用于与服务器无线通信连接，以向服务器上传所述目标设备的实时工况，工况监测设备与云端服务器协同监测实时工况，能够提升工况监测设备的可靠性。

其中，所述第二无线通信电路包括：WiFi电路、移动通信电路中至少一者。

因此，工况监测设备与云端服务器通过第二无线通信电路协同监测实时工况，能够提升工况监测设备的可靠性。

其中，所述工况监测设备还与安灯系统通信连接，用于向所述安灯系统发送所述目标设备的实时工况。

因此，安灯系统接受到实时工况后能够实现自动触发相关报警，提醒用户对目标设备做出维护计划。

为了解决上述技术问题，本申请第二方面提供了一种工况监测系统，包括第一传感器、第二传感器和上述第一方面提供的一种工况监测设备，且所述第一传感器与所述工况监测设备中的第一无线通信电路无线通信连接，所述第二传感器与所述工况监测设备中的有线通信接口有线通信连接。

因此，第一无线通信电路与用于采集目标设备运行时振动信号的第一传感器无线通信连接，主控模组的第一无线通信接口与第一无线通信电路电连接，主控模组的有线通信接口与用于采集目标设备运行时音频信号的第二传感器有线通信连接。故此，振动信号和音频信号分别通过第一无线通信电路与有线通信接口传输到主控模组，而无需依赖于边缘网关的信号中转，从而提升工况监测的实时性和可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施方式中的技术方案，下面将对实施方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。其中：

图1为本申请工况监测设备一实施例的框架示意图；

图2为本申请工况监测设备另一实施例的框架示意图；

图3为本申请工况监测设备另一实施例的结构示意图；

图4为本申请工况监测设备又一实施例的框架示意图；

图5为本申请工况监测设备再一实施例的框架示意图；

图6为本申请工况监测系统一实施例的框架示意图；

图7为信号在工况监测设备一实施例中传递的路径示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图，对本申请实施例的方案进行详细说明。

本文中术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

本文中的“多”表示两个或者多于两个。另外，本文中术语“至少一种”表示多种中的任意一种或多种中的至少两种的任意组合，例如，包括A、B、C中的至少一种，可以表示包括从A、B和C构成的集合中选择的任意一个或多个元素。

请参阅图1，图1为本申请工况监测设备一实施例的框架示意图。本申请工况监测设备10包括第一无线通信电路11和主控模组12。第一无线通信电路11至少与用于采集目标设备运行时振动信号的第一传感器61无线通信连接；主控模组12包括第一无线通信接口13和有线通信接口14，第一无线通信接口13与第一无线通信电路11电连接，有线通信接口14至少与用于采集目标设备运行时音频信号的第二传感器62有线通信连接，且主控模组12用于至少对振动信号和音频信号进行信号处理。

需要说明的是，通信领域中，包括无线通信协议与有线通信协议。无线通信技术包括但不限于：WiFi、Zigbee、蓝牙、Lora、NB-lot、4G等，本公开实施例中，可以通过包括但不限于基于上述无线通信技术的第一无线通信电路与主控模组12的第一无线通信接口13电连接，以至少实现振动信号的无线通信传输；有线通信技术包括但不限于：以太网、M-BUS、PLC、USB、RS-485、RS-232等，可以通过包括但不限于基于以上有线通信技术的有线通信接口14至少与用于采集目标设备运行时音频信号的第二传感器62有线通信连接。

在一个实施场景中，第一无线通信接口13至少包括SPI(Serial Pe ripheralInterface，串行外设接口)接口；SPI是一种现有的高速全双工同步的通信总线，它可以使主控模组12与各种外围设备以串行方式进行通信以交换信息，外围设备包括但不限于FLASHRAM、网络控制器、LCD显示驱动器、数模转换器等，SPI还可以用于数字信号处理器和数字信号解码器之间。

在一个具体的实施场景中，第一传感器61可以自带有数模转换模块，第一传感器61通过拓展的第一无线通信电路11与SPI接口电连接，用于将第一传感器61采集的目标设备运行时振动信号供主控模组12进行后续处理，此时SPI接口接收的第一传感器61的信号是经数模转换后的数字信号。

在一个实施场景中，有线通信接口14至少包括UART(Universal AsynchronousReceiver/Transmitter，通用异步收发传输器)接口。UAR T接口是一种硬件，充当处理器与串行通信协议或端口之间的桥梁，可以配合许多不同类型的涉及发送和接收串行数据的串行协议工作，在串行通信中，数据通过单条线路或导线逐位传输。UART包括RS232、RS 449、RS423、RS422和RS485等接口标准规范和总线标准规范，即UA RT是异步串行通信口的总称，RS232、RS449、RS423、RS422和RS485等是对应各种异步串行通信口的接口标准和总线标准，它规定了通信口的电气特性、传输速率、连接特性和接口的机械特性，是属于通信网络中的物理层的概念，通信协议是属于通信网络中的数据链路层的概念。

在一个具体的实施场景中，UART接口充当主控模组12与串行通信协议如RS232、RS449、RS423、RS422和RS485等接口的桥梁，即UA RT接口与用于采集目标设备运行时音频信号的第二传感器62有线通信连接，用于将第二传感器62的信号供主控模组12进行后续信号处理。

在一个具体的实施场景中，UART接口还可以与目标设备有线通信连接，用于将主控模组12处理过的信号传输到目标设备进而对目标设备进行合理维护。

在一个实施场景中，第一无线通信电路11至少包括LoRa(Long Range，远距离)电路，LoRa是现有的一种基于扩频技术的低功耗局域网无线标准，LoRa在保持低功耗的同时具备抗干扰性强等特点，另外，LoRa调制扩散因子本质上是正交的，这意味着使用不同的传播因子调制并同时在同一频率信道上传输的信号不会相互干扰。

在一个具体的实施场景中，如前所述，第一传感器61可以自带有数模转换模块，第一传感器61通过拓展的LoRa电路与第一无线通信接口13电连接，此时第一无线通信接口13接收的第一传感器61的信号是经数模转换后的数字信号，且LoRa电路功耗低、抗干扰性强，有利于减小数据时延，进而使主控模组12能够及时对信号进行处理，以确定目标设备的实时工况。

在一个实施场景中，主控模组包括但不限于FPGA、DSP、SoC、ar m等或是其中的一种或几种结合，比如在SoC中增加DSP协处理器内核，可以增强复杂系统的信号处理能力，SoC还可以将arm架构的处理器与一些专用的外围芯片集成到一起，组成一个系统，为执行更复杂的任务、更复杂的应用提供了强大的支持，和不同处理器的组合也能提升系统的灵活性。

在一个具体的实施场景中，主控模组12为SoC芯片，至少包括第一无线通信接口13和有线通信接口14，第一无线通信接口13与第一无线通信电路11电连接，有线通信接口14至少与用于采集目标设备运行时音频信号的第二传感器62有线通信连接，且在SoC芯片中设有DSP协处理器内核，用于至少对振动信号和音频信号进行信号处理。

上述方案，第一无线通信电路11与用于采集目标设备运行时振动信号的第一传感器61无线通信连接，主控模组12的第一无线通信接口13与第一无线通信电路11电连接，主控模组12的有线通信接口14与用于采集目标设备运行时音频信号的第二传感器62有线通信连接。故此，振动信号和音频信号分别通过第一无线通信电路11与有线通信接口14传输到主控模组12，而无需依赖于边缘网关的信号中转，从而提升工况监测的实时性和可靠性。

请参阅图2，图2为本申请工况监测设备另一实施例的框架示意图，主控模组12还包括数模转换电路21、时频转换电路22和信号处理电路23，数模转换电路21与有线通信接口14电连接，用于至少对音频信号进行数模转换；时频转换电路22与数模转换电路21、第一无线通信接口13分别电连接，用于至少对振动信号和经数模转换之后的音频信号转换为频域信号；信号处理电路23与时频转换电路22电连接，用于对频域信号进行处理。

在一个实施场景中，数模转换电路21与有线通信接口14电连接，有线通信接口14与用于采集目标设备运行时音频信号的第二传感器62有线通信连接，用于对第二传感器62采集的音频信号进行数模转换。数模转换电路21通常由现有的采样-保持电路与量化编码电路组成，数模转换电路21包括但不限于积分型、逐次比较型、并行比较型和压频变换型数模转换器等。

在一个实施场景中，数模转换电路21与有线通信接口14电连接，时频转换电路22与数模转换电路21电连接，用于至少对经数模转换之后的音频信号转换为频域信号。

在一个实施场景中，第一无线通信电路11至少与用于采集目标设备运行时振动信号的第一传感器61无线通信连接，第一无线通信接口13与第一无线通信电路11电连接，时频转换电路22与第一无线通信接口13电连接，用于至少对振动信号转换为频域信号。

在一个实施场景中，时频转换电路22可以为DSP芯片的一个功能模块，与信号处理电路23集成在一个DSP芯片中。

在一个实施场景中，数模转换电路21也可以和时频转换电路22、信号处理电路23集成于同一芯片。其中，数模转换电路21、时频转换电路22和信号处理电路23既可以集成于如DSP芯片等偏重信号处理的芯片中，再与其他外围电路连接，也可以集成在包括DSP协处理器内核的SoC芯片中，即将其他外围电路与处理器集成在一个SoC芯片，更有利于系统管理。

在一个具体的实施场景中，请参阅图3，图3为本申请工况监测设备另一实施例的结构示意图，数模转换电路21、时频转换电路22和信号处理电路23集成于RK3588芯片，RK3588芯片还包括SPI接口和UART接口，SPI接口与第一无线通信电路11电连接，UART接口至少与用于采集目标设备运行时音频信号的第二传感器62有线通信连接，数模转换电路21与UART接口电连接，时频转换电路22与数模转换电路21、SPI接口分别电连接，信号处理电路23与时频转换电路22电连接，且信号处理电路23用于至少对振动信号和音频信号进行信号处理，以确定目标设备的实时工况。

请参阅图4，图4为本申请工况监测设备又一实施例的框架示意图，主控模组12还包括信号滤波电路41，连接于数模转换电路21与时频转换电路22之间、以及第一无线通信接口13与时频转换电路22之间，用于至少对振动信号和经数模转换之后的音频信号进行滤波降噪。现有信号滤波电路41包括电阻、电容组成的RC滤波器或者采用电感、电容组成的LC滤波器等。

请参阅图5，图5为本申请工况监测设备再一实施例的框架示意图，工况监测设备10还包括第二无线通信电路51，主控模组12还包括第二无线通信接口52，第二无线通信电路51与第二无线通信接口52电连接，第二无线通信电路51至少用于与服务器无线通信连接，以向服务器上传目标设备的实时工况。

在一个实施场景中，服务器上运行有MES系统(Manufacturing Ex ecutionSystem，制造企业生产过程执行系统)，工况监测设备10包括第二无线通信电路51，主控模组12包括第二无线通信接口52，第二无线通信电路51与第二无线通信接口52电连接，第二无线通信电路51至少用于与运行有MES系统的服务器无线通信连接，以向运行有MES系统的服务器上传目标设备的实时工况。

在一个实施场景中，第二无线通信电路51包括WiFi电路、移动通信电路中至少一者。

在一个实施场景中，工况监测设备10还与安灯系统通信连接，用于向安灯系统发送目标设备的实时工况。安灯系统包括但不限于硬件式安灯系统、软件安灯系统、软件与硬件安灯系统以及基于设备状态采集的安灯系统等。基于设备状态监控的安灯系统，能够实现自动触发相关报警，比人工触发更接近现实、更具实时性，具有更高的应用价值。

在一个具体的实施场景中，安灯系统采用基于设备状态监控的安灯系统，安灯系统与主控模组12有线通信连接，用于向安灯系统发送目标设备的实时工况，安灯系统用于在接受到实时工况后自动触发相关报警，提醒用户对目标设备做出维护计划。

请参阅图6，图6为本申请工况监测系统一实施例的框架示意图，工况监测系统包括第一传感器61、第二传感器62和前述的工况监测设备10；第一传感器61用于采集目标设备运行时振动信号；第二传感器62用于采集目标设备运行时音频信号；第一传感器61与工况监测设备10中的第一无线通信电路11无线通信连接，第二传感器62与工况监测设备10中的有线通信接口14有线通信连接。

在一个实施场景中，传感器还包括用于采集目标设备运行时压力、温度等信号的传感器。

上述方案，第一无线通信电路11与用于采集目标设备运行时振动信号的第一传感器61无线通信连接，主控模组12的第一无线通信接口13与第一无线通信电路11电连接，主控模组12的有线通信接口14与用于采集目标设备运行时音频信号的第二传感器62有线通信连接。故此，振动信号和音频信号分别通过第一无线通信电路11与有线通信接口14传输到主控模组12，而无需依赖于边缘网关的信号中转，从而提升工况监测的实时性和可靠性。

请参阅图7，图7为信号在工况监测设备一实施例中传递的路径示意图。主控模组12采用集成的RK3588芯片，RK3588芯片通信接口与传感器有线通信或无线通信连接，用于接收音频信号与振动信号，此处的音频信号与振动信号是经数模转后的音频信号与振动信号，RK3588芯片用于至少对振动信号和音频信号进行信号处理，以确定目标设备的实时工况，确定的实时工况可以通过RK3588芯片通信接口上传到服务器或者回传到目标设备。此外，在实时工况通过RK3599芯片通信接口上传到服务器的情况下，服务器也可以将实时工况回传到目标设备。

以上所述仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种工况监测设备，其特征在于，包括：

第一无线通信电路，至少与用于采集目标设备运行时振动信号的第一传感器无线通信连接；

主控模组，包括第一无线通信接口和有线通信接口，所述第一无线通信接口与所述第一无线通信电路电连接，所述有线通信接口至少与用于采集所述目标设备运行时音频信号的第二传感器有线通信连接，且所述主控模组用于至少对所述振动信号和所述音频信号进行信号处理。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述第一无线通信接口至少包括SPI接口；

和/或，所述有线通信接口至少包括UART接口。

3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述第一无线通信电路至少包括LoRa电路。

4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述主控模组包括：

数模转换电路，与所述有线通信接口电连接，用于至少对所述音频信号进行数模转换；

时频转换电路，与所述数模转换电路、所述第一无线通信接口分别电连接，用于至少对所述振动信号和经数模转换之后的音频信号转换为频域信号；

信号处理电路，与所述时频转换电路电连接，用于对所述频域信号进行处理，以确定所述目标设备的实时工况。

5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述主控模组还包括信号滤波电路，连接于所述数模转换电路与所述时频转换电路之间、以及所述第一无线通信接口与所述时频转换电路之间，用于至少对所述振动信号和经数模转换之后的音频信号进行滤波降噪。

6.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述数模转换电路、所述时频转换电路和所述信号处理电路集成于同一芯片。

7.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述工况监测设备还包括第二无线通信电路，所述主控模组还包括第二无线通信接口，所述第二无线通信电路与所述第二无线通信接口电连接，所述第二无线通信电路至少用于与服务器无线通信连接，以向所述服务器上传所述目标设备的实时工况。

8.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述第二无线通信电路包括：WiFi电路、移动通信电路中至少一者。

9.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述工况监测设备还与安灯系统通信连接，用于向所述安灯系统发送所述目标设备的实时工况。

10.一种工况监测系统，其特征在于，包括：

第一传感器，用于采集目标设备运行时振动信号；

第二传感器，用于采集所述目标设备运行时音频信号；

如权利要求1至9任一项所述的工况监测设备，且所述第一传感器与所述工况监测设备中的第一无线通信电路无线通信连接，所述第二传感器与所述工况监测设备中的有线通信接口有线通信连接。